Model standardowy: zdumiewająca teoria prawie wszystko

Standardowy model. Co za głupia nazwa dla najbardziej dokładnych teorii naukowej kiedykolwiek znany ludzkości. Ponad ćwierć Nagród Nobla w dziedzinie fizyki ubiegłego wieku zostały przyznane do prac, które bezpośrednio lub pośrednio związanych z Modelu Standardowego. Nazwa nią, oczywiście, tak jakby kilkaset rubli kupić poprawie. Wszelkie fizyk woleliby „niesamowitą teorię prawie wszystko”, który jest w rzeczywistości.

Model standardowy: zdumiewająca teoria prawie wszystko

Wiele osób pamięta emocje wśród naukowców iw mediach, ze względu na odkrycie bozonu Higgsa w 2012 roku. Ale jego odkrycie nie dziwi i nie pojawiają się znikąd - to zaznaczone pięćdziesiątej rocznicy serii zwycięstw Modelu Standardowego. Obejmuje ona wszelkie fundamentalne siły, z wyjątkiem grawitacji. Każda próba zaprzeczać i zademonstrować w laboratorium, które powinny być całkowicie przeprojektowany - a było ich wiele - nie powiodło się.

W skrócie, standardowy model odpowiada na pytanie: Co to wszystko zrobić i jak wszystko jest trzymane razem?

Najmniejsze bloki

Fizycy jak proste rzeczy. Chcą zniszczyć wszystko do dna, znaleźć podstawowe cegiełki. Aby to zrobić, nie jest tak łatwo w obecności setek pierwiastków chemicznych. Przodkowie Uważa się, że wszystko, co jest wykonana z pięciu elementów - ziemi, wody, przeciwpożarowych, powietrznych i eter. Pięćset osiemnaście łatwiejsze. A także błędne. Na pewno wiem, że świat wokół nas składa się z cząsteczek, a cząsteczki składają się z atomów. Chemik Dmitrij Mendelejew odkrył ją w 1860 i wprowadzony w atomy pierwiastków, które są obecnie uczących się w szkole. Ale te pierwiastki chemiczne 118. antymon, arsen, glin, selen ... i 114.

W 1932 roku, naukowcy Wiadomo, że wszystkie atomy te składają się z trzech cząsteczek - neutronów, protonów i elektronów. Neutrony i protony są ściśle ze sobą powiązane, w jądrze. Elektrony, tysiąc razy łatwiej do nich krąży wokół jądra z prędkością blisko światła. Fizyka Planck, Bohr, Schrodingera, Heisenberga i inni przedstawili nową naukę - mechaniki kwantowej - aby wyjaśnić ten ruch. Na to, że byłoby miło, aby zatrzymać. Tylko trzy cząstki. To nawet łatwiejsze niż to było pięć. Ale w jaki sposób trzymać razem? Ujemnie naładowane dodatnio naładowane elektrony i protony są połączone ze sobą za pomocą elektromagnetyzmu. Ale bezpańskie protonów w jądrze i ich ładunki dodatnie powinny pchać je. Nie pomaga nawet neutralnym neutrony.

Co łączy te protony i neutrony razem? "Divine Intervention"? Ale nawet boska istota będzie stwarzać problemy w celu monitorowania każdego z 10 80 protonów i neutronów w świata, trzymając je siłą woli.

Rozszerzenie cząstki zoo

Tymczasem zdesperowany natura odmawia być przechowywane w zoo wszystkich trzech cząsteczek. Nawet cztery, bo musimy rozważyć foton, cząstki światła, opisaną przez Einsteina. Cztery z pięciu przekształca mierzona elektronów Anderson z ładunkiem dodatnim - pozytony - co pokonać ziemi z przestrzeni zewnętrznej. Pięć stał sześć, kiedy stwierdzono piwonia, zachowując istotę jako całości i przewidywane przez Yukawa.

Potem przyszedł mion - 200 razy cięższy od elektronu, ale reszta jego bliźniaka. Jest teraz siedem. Nie tak łatwo.

Były setki „podstawowych” cząstek do 1960 roku. Zamiast dobrze zorganizowanej okresowym właśnie długie listy barionów (ciężkie cząstki takie jak protony i neutrony), mezon (pion jak Yukawa) i leptony (lekkie cząstki, takie jak elektrony i nieuchwytny neutrin), bez jakiejkolwiek organizacji i zasad urządzenia.

Model standardowy: zdumiewająca teoria prawie wszystko

, a model standardowy urodził się w głębinach. Nie było oświetlenie. Archimedes wyskoczył z łazienki z „Eureka!” Cry. Nie, zamiast tego, w połowie 1960 roku, kilka inteligentnych ludzi przedstawili ważnych założeń, które okazały to bagno, najpierw w prostej teorii, a następnie w pięćdziesięciu lat badań eksperymentalnych i rozwoju teoretycznego. Kwarki. Dostali sześć wariantów, które nazywamy smaki. Jak kwiaty, ale nie tak smaczne pachnące. Zamiast róż, lilii i lawendy mamy górny i dolny, dziwny i zaczarowany, uroczy i górną twarogu. W 1964 roku, Gell-Mann i Zweig nauczył nas zmieszać trzy kwarki otrzymywać Baryon. Protonowej - dwa górny i jeden dolny twaróg; neutronowej - dwa dolne i jedno górne. Bierze jeden kwark i jeden antykwark - dostać mezonem. Pion - jest w górnej lub dolnej twaróg, związaną z górną i dolną antykwarka. Wszystkie materiały, z którymi mamy do czynienia, składa się w górę iw dół, antykwarków kwarków i elektronów.

Prostota. Choć nie jest to proste, ponieważ aby utrzymać kwarki związane trudne. Zaczęli razem tak mocno, że nigdy nie znajdzie kwark i antykwark, nerwu błędnego sobie. Teoria komunikacji i cząstek, które biorą w tym udział, a mianowicie gluony zwane chromodynamice kwantowej. Jest to ważny element Modelu Standardowego matematycznie trudne, a czasami nawet nierozwiązywalne dla podstawowych matematyki. Fizycy robią wszystko, co możliwe, aby dokonać obliczeń, ale czasami formalizm matematyczny nie jest wystarczająco rozwinięta.

Innym aspektem Modelu Standardowego - „model z leptonów”. Ten tytuł jest najważniejszy artykuł w 1967 roku napisany przez Stevena Weinberga, który łączy mechanikę kwantową z najważniejszych wiedzy na temat interakcji z cząstką, i zorganizowane je w jedną teorię. Włączył elektromagnetyzmu, i związał go z „słabych”, co prowadzi do pewnych rozpadów promieniotwórczych, i wyjaśnił, że są to różne przejawy tej samej siły. Model ten zawiera mechanizm Higgs, co daje masę cząstek elementarnych.

Od tego czasu, standardowego modelu przewidzieć wyniki doświadczalne wyniki, w tym odkryciu kilku gatunków kwarkach i W- i Z Higgsa - ciężkie cząstki, które niosą słabych oddziaływań taką samą rolę, że fotonowej elektromagnetyzmu. Prawdopodobieństwo, że neutrina mają masę, utracone w 1960 roku, ale potwierdziły Model Standardowy w 1990, kilka lat później. Odkrycie bozonu Higgsa w 2012 roku, od dawna przewidywaniami Modelu Standardowego i długo oczekiwana, nie jest jednak zaskoczeniem. Ale stało się kolejnym ważnym zwycięstwem Modelu Standardowego ciemnych sił, fizyka cząstek regularnie czekają na horyzoncie. Fizycy nie lubią standardowy model nie odpowiada ich pomysł prosty, są zaniepokojeni jego matematycznej niespójności, a także poszukuje sposobów włączenia do równania grawitacji. Oczywiście, prowadzi to w innej teorii fizyki, które mogą być po Modelu Standardowego. Więc nie było wielkiego zunifikowana teoria, supersymetria i teoria strun tehnokolor.

Niestety, teorie poza Model Standardowy nie znaleźliśmy dowodów udanego pilota i poważnych luk w Modelu Standardowym. Pięćdziesiąt lat później, jest to standardowy model najbardziej zbliżony do statusu teorii wszystkiego. Niesamowita teoria prawie wszystko.